Mestrado em Tecnologia Multimédia
Percepção Humana na Visualização de Grandes Volumes de Dados:
Estudo, Aplicação e Avaliação
Dulclerci Sternadt Alexandre
(Licenciada em Ciências da Computação, 1995)
Orientador: João Manuel R. S. Tavares
(Prof. Auxiliar do Departamento de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial
da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto)
Porto, 08 de Setembro de 2006
Índice:
1 - Introdução.................................................................................................................. 3
2 - Visualização: Conceitos ............................................................................................ 4
2.2 - Visualização de Informação .............................................................................. 6
2.3 - Visualização da Informação e a Percepção...................................................... 7
3 - Psicologia da Percepção .......................................................................................... 10
3.1 - Vantagens da Visualização .............................................................................. 10
3.2 - Modelo da Percepção Visual Humana ........................................................... 11
3.2.1 - Processamento paralelo............................................................................... 11
3.2.2 - Percepção de Padrões.................................................................................. 12
3.2.3 - Processamento Sequencial Dirigido............................................................ 12
4 - Estado da Arte ......................................................................................................... 13
5 - Proposta de trabalho ............................................................................................... 16
5.1 - Motivação........................................................................................................... 16
5.2 - Descrição............................................................................................................ 17
Referências .................................................................................................................... 20
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1 - Introdução
Actualmente, a quantidade de dados disponíveis é todos os dias fortemente
incrementada, tornando-se habitual chegar aos milhões (se não biliões) de elementos de
dados, com cada elemento tendo variados atributos. Tal ocorre em muitos domínios do
saber e faz com que as aplicações de métodos tradicionais para a análise de dados se
tornem insuficientes, complexos e ineficientes [Healey00].
A área de Visualização é normalmente focada em representar adequadamente
dados brutos na forma de imagens, e assim fornecer meios de analisar visualmente
conjuntos de dados de elevada dimensão e complexos, sendo grande valia na descoberta
de relacionamentos e dependências entre os dados. Isto porque as visualizações, por
intermédio das referidas representações visuais, fornecem apoio cognitivo através de
vários mecanismos que exploraram as vantagens da percepção humana, assim como a
rapidez no processamento visual.
No entanto, a forma como as pessoas percebem e reagem ao resultado da
visualização influenciam fortemente no seu entendimento dos dados e a sua utilidade.
Assim, factores humanos contribuem significativamente no processo de visualização e
devem ter um papel importante no projecto e na construção de uma ferramenta
adequada de visualização.
Por outro lado, a análise dos dados torna-se mais rápida e exploratória,
permitindo inclusive novas inferências e descobertas quando os resultados exibidos se
estabeleceram usando técnicas de visualização baseadas em regras perceptivas,
principalmente as que exploram o poder do sistema visual humano.
Várias iniciativas de investigação começaram a explorar factores humanos em
visualização, particularmente projectos baseados na percepção humana. Contudo,
trabalhos na área de visualização que envolvam fortemente factores humanos ainda
estão no seu início e são potencialmente promissores.
Este documento está organizado da seguinte forma: na secção 2, estão
apresentados os principais conceitos que envolvem a visualização; na secção seguinte,
está destacada a importância da percepção humana no processo de visualização; na
secção 4 é apresentada uma revisão bibliográfica, destacando-se os principais trabalhos
na visualização envolvendo percepção, por último é descrita trabalho proposta para a
Dissertação de Mestrado associada.
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2 - Visualização: Conceitos
Pode-se definir Visualização como o acto ou efeito de visualizar; conversão de
conceitos em imagens ou formas visíveis; formação da imagem mental de um conceito
abstracto ou, no âmbito da computação, como tudo o que o ecrã de um computador nos
mostra: textos, desenhos, gráficos [Infopédia].
Por sua vez, o termo to visualize é definido: “to form a mental vision or image;
to make visible to the mind or imagination (something abstract or not visible or present
to the eye);” (formar uma visão ou imagem mental; fazer visível à mente ou imaginação
(algo abstracto ou não visível ou presente ao olho) [Oxford].
Num contexto mais geral, o termo visualização significa construir uma imagem
visual na mente e isto é mais do que uma representação gráfica de dados ou conceitos.
Assim, uma visualização pode vir a funcionar como uma ferramenta cognitiva,
tornando-se um artifício externo para construção de conhecimentos, que se vale das
capacidades perceptivas e cognitivas humanas.
Isso vem ao encontro com Stuart Card em [Card99] que define, de forma mais
específica, a visualização como sendo “o uso de representações visuais de dados
abstractos, suportadas por computador e interactivas, para ampliar a cognição”.
A visualização contribui de maneira mais significativamente no processo de
análise do que na simples observação dos dados. Ao organizar os dados segundo
critérios específicos, a fim de visualizá-los, acabamos por recuperar informações e
possibilitar a construção de novos conhecimentos sobre estas.
As ferramentas de visualização podem dar apoio ao utilizador em todo o
processo de análise dos dados. Tipicamente, podem apoiar três actividades:
Análise exploratória – O utilizador não tem nenhuma ideia de quais
conhecimentos os dados podem conter e, através de um processo analítico,
explora a representação visual e procura sinais que podem sugerir indicações
sobre tendências particulares e relações que podem levar a alguma hipótese.
Análise de Confirmatória – O utilizador tem uma hipótese e a meta será através
da exploração visual achar a evidência para aceitação ou rejeição dessa hipótese.
Apresentação – É utilizada para representação gráfica e exposição do
relacionamento, estrutura, comportamento e outras características intrínsecas aos
dados em questão
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2.1 - Evolução da Visualização
A Visualização de dados, conceitos ou informações não é algo da nossa
sociedade moderna. As primeiras formas de visualização datam da pré-história e a sua
evolução é contínua desde então. Começamos pelos mapas territoriais, indo pelos
diagramas geométricos, tabelas de posicionamento de estrelas e corpos celestiais, mapas
que auxiliariam na navegação e exploração do mundo. No século XVI, técnicas e
instrumentos de precisão, para observação e medição de quantidade físicas, tiveram um
grande avanço. Tanto que podem ser observadas as primeiras iniciativas para
apresentação de funções matemáticas e afins. Um exemplo é apresentado na figura 2.
6200 a.C
Mapa da cidade de Konya na Turquia. Um dos mapas mais antigos da humanidade.
2005 Os ecrãs apresentam uma visualização animada gerada a partir de
dados estatísticos e algoritmos em tempo real, que estão relacionados com os dados gerados a partir dos usuários, nas entradas e saídas da Seattle Central Library, Estados Unidos
Figura 2 – Visualização da informação: pré-história e tempos recentes [Friendly04].
A construção de uma visão geral e sucinta dos desenvolvimentos mais recentes
na visualização de dados não é uma tarefa fácil, porque os acontecimentos são muito
variados, ocorrem num ritmo acelerado e numa escala bastante alargada de disciplinas.
Contudo, podemos ressaltar que os acontecimentos mais significativos em termos de
visualização na actualidade dependeram directamente dos avanços teóricos e
tecnológicos, mas principalmente da extensão dos modelos estatísticos clássicos a
domínios mais vastos e do desenvolvimento computacional, que conduziram a um
crescimento explosivo em novos métodos e técnicas de visualização [Friendly04].
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2.2 - Visualização de Informação
Ao longo do processo evolutivo da visualização percebemos que em muitos
momentos, além das preocupações com o rigor e com a precisão dos dados, a forma
estética requereu especial atenção. Sendo que esta simbiose acaba por ser extremamente
complexa e por alguns autores é considerada um verdadeiro problema sem solução
[Chen05], pois acaba por envolver conhecimentos de áreas muito distintas.
Nos últimos quinze anos a Visualização vem se destacando como uma área de
estudo distinta mas que recebe fortes contribuições de outras áreas do saber, como as
ciências da computação, psicologia, semiótica, design gráfico, cartografia, artes, e
outras; é pertinente em vários campos de investigação mas tendo sempre um objectivo
comum: o uso da metáfora visual para a representação da estrutura e dos
relacionamentos entre os dados, figura 3.
Ciência Arte
Engenharia Design
Pura
Aplicada
Técnica Humanistica
Figura 3 – Abordagem multidisciplinar comummente aceite para
Visualização de informação.
Nesta perspectiva, a tendência actual é que a Visualização deve ser enriquecida
com princípios de outras áreas relevantes, a fim de desenvolver representações de dados
que reforcem a experiência perceptiva e cognitiva, em vez de unicamente focar na
eficácia métrica. O grande potencial para o futuro próximo está especialmente em
ambientes imersivos, onde literalmente as informações serão sentidas através da
activação de todos os nossos sentidos.
Nesta fase, é importante ressaltar que tradicionalmente a Visualização é
normalmente dividida em duas áreas: a visualização de informação e a visualização
científica. A visualização de informação que envolve, em resumo, dados abstractos que
são caracterizados pela falta da noção natural de posição no espaço [Vande05]. Por
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exemplo: dados resultantes de aferições, análise de textos, dados financeiros, e outros.
Deste modo, a visualização de informação difere claramente da visualização científica
pois esta envolve dados de natureza física, que intrinsecamente carregam a componente
de posicionamento espacial que permitem a simulação por reprodução gráfica. Como
por exemplo: dados geo-espaciais, imagens médicas, estruturas químicas, e outras.
Apesar de algumas controversas, esta classificação é utilizada com grande
frequência, e no âmbito desta verifica-se que a visualização de informação é mais
passível de aplicação diferentes metodologias de visualização. Como os dados não
possuem referências espaciais, o desafio está em criar novas metáforas visuais para
apresentar informação e desenvolver meios de manipular tais metáforas.
2.3 - Visualização da Informação e a Percepção
Os sentidos são a base da percepção humana, o nosso sistema sensorial é
constantemente estimulado por um fluxo de acontecimentos que nos cercam. O
resultado é uma excitação neural chamada de sensação. Este fluxo contínuo de
sensações desencadeia o que chamamos de percepção.
A visualização da informação explora principalmente o sentido humano que
possui maior aptidão para captação de informação temporal: a visão. Além de ser o
primeiro componente do sistema sensorial, a visão é o sentido mais rapidamente
captado pelo cérebro e possui ainda capacidade de paralelismo; isto é, mesmo tendo a
atenção focada num ponto de uma cena, o que lhe circunvizinha num raio bastante
largo, também é alvo de nossa visão.
Considerando a visualização um processo mental, outros factores da percepção
humana também podem ser usados de forma a contribuir na visualização de informação,
auxiliando os processos cognitivos humanos na recuperação das informações contidas
nas imagens geradas a partir dos dados em causa; e muitas vezes, na construção e
obtenção de novos conhecimentos que não seriam tão facilmente inferidos se esses
dados estivessem na sua forma bruta original.
Assim todos os sentidos da percepção humana tem um papel importante na área
de Visualização e podem melhorar significativamente tanto a qualidade como a
quantidade de informação que é apresentada através de imagens [Ware04].
Em termos de trabalhos recentes, os fenómenos perceptivos relativos à
visualização começam a ter destaque, especialmente a visão.
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No exemplo apresentado na figura 4, podemos perceber que a Visualização, para
além de condensar os dados, permite gerar novas informações com maior facilidade,
mesmo com dados tão simples como os das despesas mensais de uma família. A simples
representação de uma tabela de gastos mensais num determinado período de forma
gráfica permite-nos levantar algumas questões como: Quais são as maiores despesas
durante o período? Qual a despesa que mais oscilou? Existe alguma despesa com
tendência a diminuir ou a aumentar? Para responder a estas questões com base apenas
na tabela de despesas (figura 4.a), teríamos uma certa dificuldade, mas de posse das
visualizações do gráfico circular (figura 4.b) e do gráfico de linhas (figura 4.c),
podemos responder facilmente a todas essas questões, para além da possibilidade de
fazer novas inferências sobre os mesmos dados.
a. Tabela de Despesas.
b. Visualização das despesas através de gráfico circular.
c. Visualização das despesas através de gráficos de linhas.
Figura 4 – Visualização de um conjunto de dados usando diferentes tipos de representações
(adaptado de [Ferreira05]).
Os trabalhos descritos em [Kosara01], [Healey06] e [House06] permitem
verificar que a implementação dos conhecimentos acerca da percepção na elaboração
dos sistemas de visualização, tendem a melhorar consideravelmente os resultados a
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serem obtidos através das imagens geradas. Por exemplo, “profundidade de foco” traduz
uma determinada distância em que os objectos aparecem realçados para uma posição
particular da lente do olho. Por seu lado, os objectos fora deste alcance aparecerão
desfocados [Kosara01]. O efeito de focar pode ser usado para salientar informações e
ofuscar as menos relevantes numa análise, por exemplo. Sendo que este efeito pode ser
implementado para focar objectos que não possuem necessariamente profundidades
semelhantes, mas características semelhantes pertinentes numa dada análise.
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3 - Psicologia da Percepção
Colin Ware, em [Ware04], faz questão de salientar a capacidade do sistema
visual humano para entender padrões, e por extensão, dados: “Por que devemos estar
tão interessados em visualização? Porque o sistema visual humano é um investigador de
padrões com enorme poder e acuidade. O olho e o córtex visual do cérebro formam um
poderoso centro de processamento paralelo que fornece um canal de banda larga para os
processos cognitivos humanos. Em níveis mais altos de processamento, percepção e
cognição estão muito proximamente relacionadas, e é por isso que as palavras perceber
e ver são sinónimas”.
3.1 - Vantagens da Visualização
Algumas das vantagens da Visualização usualmente aceites são [Ware04]:
• A visualização fornece a capacidade de compreender grandes volumes de dados.
• A visualização permite a percepção de características que não são antecipadas
apenas com os dados. Sendo que frequentemente a percepção de um padrão
pode ser a base para novas observações.
• A visualização permite que problemas relativos aos dados tornem-se
imediatamente aparentes. Com uma visualização apropriada os erros, fenómenos
ou anomalias presentes nos dados são rapidamente identificados. Para esta razão,
visualizações podem ter um valor inestimável em controlo de qualidade, por
exemplo.
• A visualização facilita o entendimento de características, tanto à larga como à
pequena escala de dados, e é especialmente valiosa na percepção de padrões.
• A visualização facilita a formulação de hipóteses.
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3.2 - Modelo da Percepção Visual Humana
Um modelo simplificado do sistema de processamento de informações através
da percepção visual humana é frequentemente útil como ponto de partida para análises
mais detalhadas. Uma visão geral da estrutura que engloba estes subsistemas é de
extrema valia para a compreensão dos processos envolvidos. Em [Ware04] o referido
sistema global é dividido em três fases:
1. Processamento paralelo para extrair propriedades de baixo nível da cena visual
em causa;
2. Percepção de padrões na imagem formada;
3. Processamento sequencial dirigido.
3.2.1 - Processamento paralelo
A informação visual é a primeira a ser processada por biliões de neurónios que
trabalham em paralelo para extrair características de cada parte da imagem adquirida da
cena visual em causa; sendo que determinados neurónios são dedicados a extrair certas
informações como: orientação dos contornos, cor, textura e padrões de movimento. É
nesta fase que literalmente será determinado a que devemos dar atenção; assim, nesta
fase as informações são essencialmente de natureza transitória [Ware 04].
Durante alguns anos, a forma como o sistema visual humano analisa imagens foi
tema de investigações. Um dos resultados iniciais mais importantes foi a descoberta de
um conjunto de propriedades visuais que são detectadas precisamente e muito
rapidamente pelo sistema visual de baixo nível. Esta propriedade foi inicialmente
designada por preattentive, é o momento anterior à nossa atenção estar focalizada. Em
Visualização o termo preattentive continua a ser usado e traduz a noção da velocidade e
de facilidade com que certas propriedades são identificadas pelos humanos nas imagens.
A lista de características que se processam de forma preattentive pode ser
dividida em quatro categorias básicas: cor, forma, movimento e localização espacial.
Sendo que dentro de uma determinado espaço de visualização qualquer modificação das
características preattentive de um objecto em relação aos demais, poderá vir a tornar-se
foco de atenção [Healey99].
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3.2.2 - Percepção de Padrões
Na segunda etapa, processos activos dividem rapidamente o campo visual em
regiões e padrões simples, tal como contornos contínuos, regiões da mesma cor e
regiões da mesma textura. Os padrões de movimento são também extremamente
importantes, embora em Visualização o uso de movimento como informação é
relativamente negligenciado. A etapa de determinação de padrões no processamento
visual é extremamente flexível e influenciada pelas informações disponibilizadas pela
primeira etapa de processamento paralelo.
Nesta segunda etapa o processando é mais lento, e envolve: a memória a longo
prazo, maior ênfase a aspectos proeminentes, mecanismo de atenção tanto top-down
quanto bottom-up e movimentos visualmente guiados, através de diferentes caminhos,
para reconhecimento de objectos; sendo estas as principais características desta fase
[Ware04].
3.2.3 - Processamento Sequencial Dirigido
Num nível mais elevado da percepção estão as imagens presentes na memória
visual através das demandas da atenção activa, e será esta memória que ajudará a
responder as pesquisas visuais.
Quando da visualização externa, nós construímos uma sequência de pesquisas
visuais que serão respondidas por estratégias visuais de procura. Neste nível, o que está
retido na memória por um determinado período de tempo permitirá a construção de
padrões, através dos já disponíveis, e respostas as pesquisas visuais. Por exemplo, se
usamos um mapa de estrada para procurar uma determinada rota, a pesquisa visual
desencadeará uma procura para ligar contornos vermelhos (que habitualmente
representa vias importantes) entre dois símbolos visuais (representando as cidades
pretendidas) [Ware04].
Esta etapa serve também de interface com outros processos de identificação
perceptivos e com outros sistemas de acção que controlam, por exemplo, o movimento
muscular. Sendo esta fase também essencial, por exemplo, para que nos seja possível a
leitura e a escrita.
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4 - Estado da Arte
Um certo número de grupos de investigadores começa a considerar, em maior e
menor extensão, a adopção de metodologias e técnicas que incluam factores humanos
nos processos de visualização, sendo que percepção e cognição começam a ter uma
certa expressividade.
Em termos de percepção, podemos enumerar alguns trabalhos:
Em [Tory04] destaca-se a importância da consideração dos factores humanos em
projectos que envolvam a visualização de informação, e acredita-se que para
visualizações mais eficientes é necessário dar mais atenção aos factores da percepção e
da cognição. Ainda são enumeradas algumas possibilidades para futuros trabalhos que
envolvam:
• Avaliar o impacto, em termos de percepção e cognição, do uso de sistemas de
displays de grande formato e de alta resolução para visualização de informação;
• Comparação entre as técnicas de visualização e de interacção existentes;
• Estudos relativos à performance do utilizador;
• Redução de esforços desnecessários ligados à interacção;
• Incrementação do suporte cognitivo nas ferramentas de visualização;
• Exploração das teorias da percepção e da cognição que não foram ainda
consideradas em termos de visualização.
Já Christopher Healey, em [Healey00], no que chamou de processamento
preattentive, tira proveito dos factores de preattentive, que são, como já foram referidas,
características visuais como: cor, orientação, brilho, posição, comprimento, entre outras
que se destacam de uma imagem, de modo que facilmente as reconhecemos. Neste
trabalho, é utilizado um método para melhorar a apresentação de dados multivariados,
que são traçados de acordo com factores de preattentive na mesma exposição. Sendo
que na representação de um volume elevado de dados em espaço limitado é possível
perceber características independentes nos dados, permitindo a interpretação de grandes
e complexos conjuntos de dados, de maneira mais eficiente. Uma das grandes diferenças
desta metodologia é permitir mostrar múltiplos valores de dados em cada ponto da
imagem. Os factores de preattentive são alvo de muitos trabalhos de investigação que
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envolvem visualização, sendo que Healey tem o assunto como tema alvo de suas
pesquisas em [Healey06], no qual descreve uma nova técnica para visualização de
campos de fluxo 2D com uma colecção esparsa de pontos. O modelo descrito considera
que espacialmente configurações de pontos são processadas em paralelo pelo sistema
visual de baixo nível e percebidas as orientações por toda a imagem. Assim, é possível
posicionar uma colecção de pontos de forma a orientar o fluxo e considerar a orientação
de fluxo nos campos subjacentes.
Em [Wünsche04] é introduzido um esquema de visualização que usa atributos
visuais como componentes dos princípios de uma visualização. Assim, apresenta uma
nova classificação dos atributos visuais de acordo com a exactidão de informação,
dimensão e requisitos espaciais, e são obtidos valores para o conteúdo de informação e
densidade de informação de cada atributo. A classificação é aplicada só à percepção de
informação quantitativa e os resultados iniciais das experiências sugerem que não pode
ser estendido a outras tarefas visuais de processamento tais como a descoberta de alvo
preattentive.
Sethuraman Black Panchanathan, em [Black03], prevê que num futuro próximo
a relação homem-computador deverá ser cada vez mais simbiótica. E para que isso se
torne verdadeiro é preciso que cada vez mais os sistemas de computação envolvam
novas abordagens que levem em conta as teorias da percepção/cognição humana. O
referido trabalho conclui que se torna necessário adaptar os modelos da
percepção/cognição humana aos sistemas e consequentemente aos dispositivos
associados.
Dentro desta perspectiva, que tem a percepção como parâmetro, pode-se citar
outros trabalhos. Frequentemente, os sistemas de visualização codificam dados
quantitativos ordinais usando diferentes intensidades ou gradientes de cores. No
entanto, não são todos gradientes matematicamente lineares que são perceptivelmente
lineares para o sistema de visão humano. Por esta razão, vários gradientes
perceptivelmente lineares foram desenvolvidos, a maioria são baseados em variações
em saturação de e/ou de valor de cor. Similarmente, muitas visualizações usam cores
para segregar ou destacar objectos. Escolher cores para sistemas de exposição não é
fácil porque as cores não são igualmente distinguíveis pelos observadores. Por esta
razão, Healey em [Healey96] desenvolveu um procedimento para projectar conjunto de
cores facilmente distinguíveis.
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Sabe-se que contornos tem um papel importante em percepção da forma, e que
imagens 3D pode ser mais facilmente interpretadas se forem projectadas no estilo
desenho, onde através de linhas, traços e poucos detalhes, usa-se da abstracção para
eliminar elementos sem importância e evidenciando outros, dando assim atenção a áreas
importantes. Este processo ajuda a transportar informação mais eficientemente do que
através de imagens realistas. Para esta razão, actualmente há um crescente interesse em
desenvolver estilos não-foto-realísticas (NPR) para visualização [Tateosian04].
Donald H. House e outros, em [House06], propõem um sistema experimental
que pretende evidenciar as características perceptivas num método de visualização, e
descreve como estas evidências podem ser usadas para descobrir princípios que servirão
para guiar projectos de visualização perceptivamente próximos do ideal; permitindo
assim a optimização na forma de apresentação de modo a garantir a extracção de
informação e a consequente geração de conhecimentos por parte do utilizador.
Como refere Jarke J. van Wijk, em [Wijk06], o campo da Visualização está
amadurecendo e muitos problemas já foram resolvidos, mas novas direcções são
procuradas e pareceres alternativos em Visualização são apresentados e discutidos:
visualização como arte, visualização como design e, finalmente, visualização como uma
disciplina científica. É preciso definir objectivos e delimitar áreas, mas sem ignorar o
contributo dos outros saber, a fim de desenvolver e aprimorar técnicas e metodologias
que venham permitir e auxiliar a resolução de problemas actuais.
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5 - Proposta de trabalho
5.1 - Motivação
Observando a história da Visualização, temos uma noção de quão longínqua é a
sua origem, quase coincidindo com a origem da humanidade, e quão diversas são as
áreas que contribuíram para seu desenvolvimento; e observando o processo evolutivo da
visualização, começa-se a compreender melhor o que se passa em termos actuais.
Assim, é fácil perceber que algumas das abordagens actuais são baseadas em
metodologias e técnicas de visualização presentes anteriormente na história, mas que
foram agora adaptadas às inovações tecnológicas.
No entanto, não estamos diante de um ciclo fechado da história, estamos
novamente no início de uma nova grande era em termos de visualização; novas
abordagens e metodologias começam a ser alvo de trabalhos científicos, também
impulsionadas pelos avanços tecnológicos. Os avanços tecnológicos são novamente
propulsores desta nova fase, mas a grande preocupação está voltada aos factores
humanos aplicados a novas metodologias científicas de visualização. Dentro dos
factores em destaque temos a visão, a percepção e a cognição, mas já despontam
pesquisas também em termos tácteis e sonoros.
Em muitos momentos na evolução da Visualização, a estética, a percepção e a
cognição também foram factores relevantes, mesmo quando aplicados empiricamente.
Neste momento, a formalização de estudos que envolvam estas áreas são bem-vindas e
necessárias, pois existem inúmeras possibilidades de investigação que envolvam a
intersecção destas áreas.
Este trabalho é motivado pelo interesse actual na visualização de informação e
nas linhas de investigação que vêm explorando a representação de dados através de
princípios da percepção, que facilitem o processo cognitivo das informações envolvidas
através de imagens. Outro dos principais objectivos é poder auxiliar o utilizador no
processo de descoberta de novas informações ou padrões de dados que de outra forma
não poderiam ser facilmente detectados.
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5.2 - Descrição
Este trabalho tem como objectivo principal a construção de uma plataforma
computacional capaz de representar visualmente grandes volumes de dados, com o
propósito de melhorar a sua apresentação e possível análise. Sendo que a aplicação de
técnicas de Visualização irá considerar particularmente os princípios da percepção
humana e do design de interfaces.
Neste momento inicial é possível definir quatro etapas principais que o trabalho
deverá seguir, elas serão subdivididas e descritas de forma mais estruturada e detalhada
no documento final. Sendo que agora cabe particularizar as macros etapas:
a. Revisão bibliográfica: nesta fase será feito uma adequada revisão bibliográfica
que considere os conceitos da área da Visualização, da percepção humana e do
desenvolvimento de interfaces. Também será verificado o actual estado dos trabalhos de
investigação que envolvem visualização, e que ressaltam as técnicas e métodos que
permitam a análises de grandes volumes de dados e, se possível, identificados os
principais projectos na mesma área que abrangem a ergonomia e percepção humana.
b. Estudo de um caso: há inúmeros casos de domínios do conhecimento nos
quais a quantidade de dados existente é elevada, o que impossibilita uma análise directa,
requerendo assim técnicas, métodos e recursos computacionais capazes de simplificar a
análise e a representação dos referidos dados. Em princípio a base de dados a ser
escolhida neste trabalho está inserida num domínio de conhecimento que se caracteriza
pela grande quantidade de dados sempre crescente e pela real necessidade de representar
estes dados de forma visual. Neste cenário, uma adequada interface de visualização
deverá contribuir significativamente para um melhor compreensão dos dados, e possível
descoberta de padrões que possam estar ocultos, gerando possíveis novas informações.
Além de uma melhor apresentação dos dados de forma a facilitar a sua divulgação em
termos informativo.
A base de dados a ser usada:
O projecto Eldonet, coordenado pelo investigador e biólogo alemão Donat Peter
Hader da Universidade Erlangen na Alemanha, consiste em monitorar a camada de
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ozono em diversos pontos do planeta. Basicamente, é usada uma rede de estações
meteorológicas que coletam, num intervalo contínuo de tempo (minuto a minuto),
informações sobre a intensidade de radiação solar. Estas informações estão disponíveis
on-line em www.eldonet.org. Anualmente estão também disponíveis dados sobre as
radiações PAR- Photosynthetically Active Radiation (luz visível), ultravioleta A (linhas
vermelhas) e ultravioleta B (linhas azuis). O sistema colecta dados e envia para um
servidor central que comanda a rede, em Pisa, Itália. O objectivo é fazer a medição dos
raios ultravioletas (A e B) e diagnosticar as suas influências no homem, desenvolver
pesquisas locais e ainda, efectuar análises físicas e químicas num raio de 100
quilómetros. As iniciativas dependerão de cada grupo de investigação onde o ponto de
colecta está instalado. Em Portugal há dois pontos de colecta, sendo um no Porto (ainda
por instalar) e outro em Lisboa.
A relevância da base de dados escolhida:
A destruição da camada de ozónio equivale a uma redução da capacidade imunológica
do planeta. Na África, por exemplo, está já atingindo a população. Além disso, influi
sobre as plantas: 50% das plantas de altura elevada estão sendo afectadas. O exemplo
mais típico é o da soja. Conforme vários estudos, verificou-se a diminuição no
crescimento, afectando o volume e a qualidade da colheita. Os sistemas aquáticos,
quando afectados, não têm a capacidade necessária para absorver a quantidade ideal de
carbono. Como a quantidade de CO2 (gás carbónico) é responsável pela situação
climática na terra, a partir de menos absorção do CO2, calcula-se um aumento médio de
temperatura de 4.5ºC daqui a 50 anos. Diante deste quadro, fica evidente a importância
deste projecto e quão útil poderá vir a ser a visualização adequada dos dados colectados
pelo mesmo, sendo que actualmente a forma usual de visualização são apenas
constituída por gráfico de linhas.
c. Desenvolvimento de um sistema/interface para visualização: considerando os
requisito observados na primeira etapa do trabalho, será implementado uma plataforma
para a visualização de, pelo menos uma parte, dos dados do Projecto Eldonet. O
ambiente desenvolvido será capaz de interagir com uma base de dados e representar os
dados de forma gráfica, tendo como premissa a interface com utilizador de modo a
demonstrar que a aplicação dos requisitos da percepção humana podem contribuir
substancialmente para o entendimento e interpretação dos dados originais. Os requisitos
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técnicos para o desenvolvimento serão posteriormente definidos, pois dependerão, em
parte, do resultado da primeira fase de trabalho.
d. Avaliação da interface desenvolvida: considerando que as visualizações
funcionarão como interfaces entre os dados e o utilizador, está prevista uma avaliação
para validar a metodologia proposta, principalmente no que diz respeito aos aspectos da
percepção humana. Está também prevista a implementação de diferentes propostas de
visualização para os mesmos dados, sendo que avaliação também se dará em termos
comparativos entre as diferentes propostas.
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Referências
[Black03] Panchanathan, S. Black, J. Tripathi,P. Kahol, K. Cognitive Multimedia Computing, Pub. IEEE
International Symposium on Information Science and Electrical Engineering, Fukuoka, Japan, pp. 13-15, 2003
[Card99] Card, S. K., Mackinlay, J. D., Shneiderman, B. Readings in Information Visualization : using vision to
think . Morgan Kaufmann Publishers. 1999.
[Chen05] Chen, C. Top 10 unsolved information visualization problems. IEEE Computer Graphics and Applications.
Vol 25, nº 4, pp. 12-16, 2005.
[Dennis05] Dennis, B. M., Kocherlakota, S. M., Sawant, A. P., Tateosian, L. G., and Healey, C. G. Designing a
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